עמוד הבית > מדעי כדור-הארץ והיקום > אסטרונומיה [מדעי החלל] > גרמי שמים > מערכת השמש
גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה


תקציר
כיצד נכחדו הדינוזאורים? האם אותה תופעה יכולה להתרחש בשנית?
על טיבם של גופים שמימיים: האסטרואידים, השביטים והמטאורים ועל הסיכוי שתתרחש פגיעה של גוף שמימי גדול-יחסית בכדור הארץ.



אסונות מהחלל
מחבר: ד"ר נח ברוש


מה הסיכוי שתתרחש מחר פגיעה של גוף שמימי גדול-יחסית בכדור הארץ? כיצד נוכל להעריך את הסיכוי לכך, והאם נוכל לעשות משהו בנדון? ובכלל, מה טיבם של הגופים השמימיים הללו?

סופם של הדינוזאורים

בשנת 1980 שני החוקרים אלברז (Alvarez), האב לוּאיס הפיזיקאי (חתן פרס נובל 1968 על גילוייו בתחום החלקיקים) והבן ולטר, הגיאופיזיקאי, העלו טענה בדבר פגיעה בכדור הארץ של גופים מאסיבים מן החלל סמוך למועד היעלמות הדינוזאורים (וראו: ולטר אלוורז – "ארמגדון", גליליאו 42). מדובר באסטרואידים – כוכבי לכת קטנים או זעירים – אשר פגיעתם גרמה לשינוי אקלימי קיצוני שדמה ל"חורף גרעיני". כמויות אדירות של אפר ואבק הועלו לאטמוספירה בעקבות הפגיעות הללו, עד שהשמיים נעשו קודרים וקרינת השמש שהגיעה לקרקע הצטמצמה. צמחים רבים מתו ועקב כך שרשרת המזון נפגעה קשה. משערים שהפגיעות האדירות השפיעו גם על קליפת כדור הארץ וגרמו לרעידות אדמה ולהתפרצויות געשיות, שצירפו את השפעתן הקטלנית לזו של פגיעת האסטרואידים עצמה.

מה שהביא את החוקרים לידי מחשבה על פגיעת גופי חלל כגורם ראשוני להכחדת הדינוזאורים הוא אי-סדירות בשכיחות היסוד אירידיום (Iridium) בשכבה גיאולוגית שמתאימה בדיוק לתום תקופת הדינוזאורים. בשכבת קרקע דקה, שעובייה כשני ס"מ ושמתאימה לתקופה של פחות ממיליון שנה, נמצאה שכיחות אירידיום גבוהה מאוד, יחסית לזו הנמדדת על פני כדור הארץ. האירידיום הוא מהכבדים שביסודות מבחינת משקלו האטומי (וצפיפות, כשהוא נמצא במצב צבירה מוצק) וכאשר נוצר כדור הארץ האירידיום, יחד עם יסודות כבדים אחרים, שקעו מהקליפה שהתמצקה אל המעמקים.

למעשה, מתחלקת שכבת המעבר לשתי תת-שכבות: אחת שעובייה שלושה מ"מ בלבד המכונה "שכבת הפלא" (Magic layer) ושנייה שעובייה כשני ס"מ ומכונה "שכבת הפליטה" (Ejecta layer). עובי שכבת הפלא מתאים לתקופה של כ-100,000 שנים או פחות, פרק זמן רגעי בקנה מידה גיאולוגי. השכיחות הגבוהה של אירידיום מתרכזת בשכבה דקה זו. יחד עם האירידיום, נמצאה ב"שכבת הפלא" שכיחות גדולה של יסודות אחרים שהם יחסית נדירים בקליפה החיצונית של הארץ: אוסמיום (Osmium), זהב, פלטינה, ואחרים. אף שאלה יסודות נדירים על כדור הארץ, הם נמצאים בשכיחות גבוהה במטאוריטים, שהם גושי סלע שהגיעו לכדה"א מן החלל.

מלבד המוזרות שבשכיחות האירידיום, נמצאו בשכבת הפלא גם שתי חומצות שאינן משמשות תהליכים הקשורים בחיים ושלא ניתן ליצור אותן מפירוק חומצות אמינו שמקורן יצורים חיים. המקור של חומצות אמינו "זרות" אלו הוא כנראה אותם גופים שמימיים שפגעו בכדור הארץ. חיזוק לטענה זו בא מהעובדה שנמצאו שתי הצורות הכירליות של החומצות, הימנית והשמאלית, בשכיחות דומה (מולקולה בעלת תכונות כירליות אינה זהה למולקולה המהווה תמונת ראי שלה; וראו: מאיה שולדינר – "שלושה חוקרים וזוג מולקולות-מראָה" גליליאו 48. לחומצות האמיניות שנוצרות בתהליכים ביולוגים בכדה"א מבנה כירלי אחד, שמאלי).

בשכבת הפליטה נמצאו עדויות נוספות לפגיעה בקליפת כדה"א בדמות צורות אבן מיוחדות המכונות "טֶקטיטים". צורות אלו נוצרו כאשר סלע מותך ניתז לאטמוספירה, מתקרר מהר, מתגבש תוך כדי נפילה, ויוצר "טיפות קפואות" חסרות מבנה גבישי. בנוסף לכך, נמצאו בשכבת המעבר כדוריות זכוכית שנוצרו כנראה מהחול המותך שהועף לאוויר וכן גבישי קוורץ שמראים סימנים של הלם מכאני כתוצאה מהפגיעה.

לפחות חלק מהפגיעות בכדור הארץ בעת הכחדת הדינוזאורים זוהו באמצעות מכתשי ענק בקליפת כדה"א. אחד מהם הוא המכתש ציחוּלוּב (Chicxulub)י1 הנמצא במפרץ מכסיקו, ליד חצי-האי יוּקַטַן, והשני מכתש שיבה (Shiva), שזוהה אך לאחרונה ונמצא בקרקעית הים הערבי ליד מומבי בהודו. שני המכתשים תוארכו לתקופה המתאימה, לפני כ-65 מיליוני שנים, ושניהם ענקיים. הקוטר של מכתש ציחולוב הוא כ-180 ק"מ ועומקו מגיע לכדי 1 ק"מ. מכתש שיבה גדול יותר וצורתו מוארכת: כ-600 ק"מ על 450 ק"מ; עומקו כ-12 ק"מ. קוטר האסטרואיד שיצר מכתש זה היה כנראה כ-40 ק"מ, פי ארבעה מהאסטרואיד שיצר את המכתש במרכז אמריקה. מכתש שיבה שינה צורתו מאז שנוצר עקב תנועת היבשות.

המכתש ציחולוב עצמו נמצא ברובו מתחת למימי מפרץ מכסיקו.

הפגיעות של האסטרואיד, או זוג האסטרואידים, שהביאו להכחדת הדינוזאורים, לא היו האירוע היחיד מסוג זה בהיסטוריה של כדור הארץ. קיימות עדויות גיאולוגיות לגבי פגיעות אדירות נוספות, שאף הן הביאו להכחדת מינים ענקית בעידנים שונים. כיום חושבים שכל גוף שמימי, שקוטרו עולה על כחמישה ק"מ, הפוגע בכדור הארץ, עלול לגרום לשואה עולמית. למזלנו, פגיעות של גופים כאלה נדירות יחסית – הן מתרחשות כנראה מדי מספר עשרות מיליוני שנים. דרך אגב, אם הפגיעה האחרונה של גוף גדול בכדור הארץ היתה לפני 65 מיליוני שנים, מהו הסיכוי שהפגיעה הבאה תתרחש מחר? לשאלה זו אין כיום תשובה, אך היא הביאה גורמים רבים בעולם וגם בישראל לידי הכרה ש"צריך לעשות משהו". מה לעשות ואיך? – בכך נעסוק בהמשך.

האסטרואידים

תחילת הסיפור באחד בינואר 1801. התקופה של פריחת המדעים, המצאות וקידמה בראשית העידן הטכנולוגי של התרבות המודרנית. הפרק האפל של דיכוי החשיבה המדעית, שהכתיבה הכנסייה באירופה, תם והולך. חקר היקום, ובמיוחד הבנת התחום הקרוב של מערכת השמש, התקדם הרבה מאז הגה קופרניקוס את הסברו לגבי תנועת כוכבי הלכת (הפלנטות). השימוש שעשה ב-1609 גליליאו גליליי בטלסקופ שאך הומצא לצורך תצפיות אסטרונומיות איפשר גילוי כוכב לכת נוסף לאלה שנראים בעין גלויה: אורנוס התגלה ב-1781 ע"י ויליאם הרשל. מדידת המרחק אליו הביאה לחיזוק "חוק" המקשר בין מרחקי כוכבי הלכת מהשמש למספרם הסידורי. ה"חוק" נקרא על שמם של יוהן טיטיוּס, שהצביע עליו ב-1766, ושל יוהן אֶלֶרט בּוֹדֶה שניסח אותו בצורה מתמטית ב-1778. ניבוי החוק עבור מרחקו של אורנוס מהשמש היה מדויק.

החוק של טיטיוס-בודה הוא פשוט יחסית: התחילו עם סדרת המספרים 0, 3, 6, 12, 24, 48, 96 (מלבד שני הראשונים בסידרה, כל איבר הוא כפולה של קודמו); הוסיפו לכל איבר 4 ואת התוצאה חלקו ב-10. מתקבלת הסידרה 0.4, 0.7, 1.0, 1.6, 2.8, 5.2, 10.0 (המספר הבא הוא 19.6). המספרים מתאימים להפליא למרחק כוכבי הלכת מהשמש ביחידות של מרחק הארץ ממנה, מרחק המכונה "היחידה האסטרונומית" (י.א.), לפי הסדר: כוכב-חמה, נוגה, ארץ, מאדים, X, צדק, ושבתאי. עם פרסום ה-"חוק", הוא לא נלקח ברצינות, מפני שניבא קיום כוכב לכת לא ידוע, המסומן בסימן X ברשימה, בין מאדים לצדק. גילויו של אורנוס, במרחק 19.6 י.א. מהשמש, בדיוק כפי שמנבא חוק טיטיוס-בודה, חיזק את אמונת האסטרונומים שבכל זאת "יש משהו בחוק", אף שלא היה אז נימוק תיאורטי לכך. המדענים החלו בניסיון לגלות את כוכב הלכת הנוסף, שצריך היה להיות במרחק 2.8 י.א.

הרעיון לחפש כוכב לכת נוסף במערכת השמש, לאחר אישושו של חוק המרחקים של טיטיוס ובודה, עלה במפגש אסטרונומים גרמנים שהתקיים בעיר ליליאֶנתַל (Lilienthal). ששת המשתתפים הכירו בגודל המשימה והחליטו לשתף במלאכת החיפוש אסטרונומים נוספים מאירופה. רשימת 24 אסטרונומים שנהגו לצפות בקביעות בשמיים הותאמה ל-24 אזורים בכל השמיים בתחום מישור המילְקֶה2 ובטווח של עד כ-8 מעלות ממנו ומבצע החיפוש החל.

לא עבר זמן רב, וביום הראשון של שנת 1801 גילה האיטלקי ג'ובני פֵּיאָצִי (Piazzi), אסטרונום במצפה הכוכבים של פלרמו בסיציליה, כוכב חיוור שלא הופיע במפות של אותם הימים. בתצפיות בלילות הבאים התברר שהכוכב החדש זז על רקע שאר הכוכבים, אך מגבלות הציוד שעמד לרשותו של פיאצי מנעו ממנו לצפות בו יותר מאשר שתי דקות רצופות מידי יממה. פיאצי עקב אחר הכוכב החדש עד 11 בפברואר, כאשר המרחק בינו לבין השמש, כפי שרואים מכדור הארץ, היה קטן מדי בגלל התנועה ההדדית של הגופים השונים. רק אז הוא חשף בפני שאר הקהילה האסטרונומית את תגליתו, בדבר כוכב לכת חדש או כוכב שביט – הוא לא יכול היה להבחין בין שתי האפשרויות. לאחר מכן חישב את מסלולו של הגוף ומצא התאמה למרחק מהשמש, שהיה גדול פי 2.7 יותר מזה של הארץ. נראה שכוכב הלכת הנוסף אותו חזו טיטיוס ובודה אמנם נמצא.

זמן קצר לאחר הגילוי של כוכב הלכת החדש, שזכה לשם קֶרֶס (Ceres) על-שם אלת הפוריות, חלה פיאצי והמעקב נפסק. אסטרונומים ברחבי אירופה החלו בחיפוש אחר קרס כדי לחדש את המעקב. למרבה ההפתעה גילה הגרמני אולברס (Olbers) ב-28 למרס 1802 כוכב לכת חדש נוסף, שזכה לשם פַּאלַאס (Pallas). מרחקו מהשמש, מסתבר, היה דומה לזה שנמדד עבור קרס. האסטרונומים היו נבוכים; הרי החוק של טיטיוס ובודה ניבא כוכב לכת אחד במקום זה, והנה נמצאו שניים! בנוסף לכך, על-פי בהירותם של שני הגופים התברר שהם קטנים מאוד יחסית לכוכבי הלכת האחרים. במהרה התברר שבאותה סביבה, במרחק כפליים ויותר ממרחק כדור הארץ מהשמש, נמצאים כוכבי לכת קטנים3 רבים. נתגלו עוד ועוד, כך שלקראת סוף המאה ה-20 הגיע מספרם של הגופים הללו למספר עשרות אלפים. בגלל ריבוי הגופים, וריכוזם במרחק של כ-2.5 יחידות אסטרונומיות, זכה האזור כולו לשם "חגורת האסטרואידים".

התברר כי קיימות משפחות שונות של אסטרואידים. חגורת האסטרואידים הקלאסית מתחלקת לשלושה אזורים על-פי המרחק הממוצע מהשמש, ומתפרשת מ-2.1 י.א. עד 4.2 י.א. רחוק יותר נמצא כוכב הלכת צדק, במרחק 5.2 י.א., ועל מסלולו נמצאות שתי משפחות אסטרואידים המקדימים אותו ב-1/6 הקפה סביב השמש או עוקבים אחריו ב-1/6 הקפה; אלה מכונות "הטרוֹיָאנים" ו"היוונים", על שמם של גיבורי ה"איליאדה" להומרוס.

בחלק החיצוני של המערכת, מעבר למסלולו של צדק, יש משפחות נוספות של אסטרואידים. אלה שנמצאים פנימית למסלולו של נפטון הם מהסוג "קנטאור", בעוד שאלה שחיצוניים לו מכונים "עצמי חגורת קוּיפֶּר", על-שם האסטרונום (Kuiper) שחזה את קיום האזור המיוחד בשולי מערכת השמש. פלוטו עצמו, אף שיש המשייכים אותו לכוכבי הלכת, דומה יותר לגופי חגורת קויפר.

בתצפיות מכדור הארץ לא ניתן לראות פרטים על פני אסטרואידים. רק לגבי בודדים, הגדולים ביניהם שנמצאים בחגורת האסטרואידים, יודעים פרטים כלשהם לגבי תוואי נוף גדולים על פני השטח. מידע זה הושג באמצעות טלסקופ החלל האבל. פרטים בסיסיים, כגון מאסה כללית של הגוף, ידועים רק לגבי מספר קטן של אסטרואידים, ובמיוחד אלה שלידם עברו חלליות. מידיעת המאסה והממדים הכללים ניתן לחשב את הצפיפות הממוצעת: זו דומה לצפיפות החלק החיצוני של כדור הארץ, כ-3 גרם לסמ"ק.

עוצמת האור הנקלט מאסטרואידים רבים מגלה השתנות מחזורית. זו מוסברת כתוצאה מסיבוב האסטרואיד סביב עצמו בצירוף לצורה מוארכת; כאשר האסטרואיד מציג את חלקו הצר מול הטלסקופ, כמות האור המוחזרת ממנו נמוכה ולכן הוא נראה חיוור יותר מאשר במועד בו הממד הארוך פונה לעבר הטלסקופ. זמני הסיבוב העצמי של אסטרואידים נעים בין מספר שעות למספר יממות, אף שיש יוצאים מן הכלל, כמו האסטרואיד המכונה KY26 1998, שגודלו כמגרש כדורגל, משלים סיבוב עצמי כל 10.7 דקות. סיבוב מהיר כזה מעיד על כך שהאסטרואיד, אף שהוא קטן, הוא כנראה גוש מוצק יחיד ולא אוסף שברים המוחזקים יחד רק ע"י כוח הכבידה העצמית. לפרט זה, מידת מוצקותו של אסטרואיד, יש חשיבות רבה, כפי שניווכח בהמשך.

השביטים

יש שביטים שעלולים להתנגש בכדור הארץ. כיום מבינים מה טיבם של השביטים, שנחשבו בהיסטוריה האנושית כמבשרי רעות. אלה הם גושי קרח מלוכלך, כאשר הקרח הוא בחלקו קרח של מים ובחלקו של חומרים אחרים שקפאו יחד עם המים. ה"לכלוך" עשוי גרגרי אבק בגדלים שונים, אבנים קטנות, וסלעים בגדלים שונים. כששביט נמצא רחוק מהשמש הקרח והלכלוך קפואים כגוף אחד שמכונה "גרעין השביט". עם ההתקרבות לשמש מתנדף הקרח ונוצרת הילה של גזים שהשתחררו מהגרעין. גרגרי האבק וחלקי ה"חצץ" שהיו לכודים בקרח משתחררים אף הם, אך גורלם שונה מזה של הגז. הילת השביט עשויה להגיע לקוטר של מאות אלפי ק"מ, אך כמות החומר בה דלילה למדי. הגזים בהילה נדחפים מכיוון השמש והלאה, בגלל הקרינה וזרם החלקיקים ("רוח השמש") הנפלטים מהשמש. כך נוצר זנב השביט מהחומר שנפלט לתוך ההילה. החלקים המוצקים נזרקים מגרעין השביט במהירות של עשרות מטרים לשנייה ויוצרים זנב שני, שמושפע מקרינת השמש באופן שונה מהגזים, לכן יש שביטים שלהם זוג של זנבות.

בניגוד לאסטרואידים, שמקיפים את השמש במסלולים מעגליים פחות או יותר, השביטים נעים בדרך כלל במסלולים מאורכים מאוד, שמחד גיסא מתרחקים מאוד מהשמש ומאידך גיסא עלולים אף לחצות את מסלול כדור הארץ כשהשביט קרוב לשמש. תכונה זו של התארכות המסלולים לצורה אליפטית פחוסה ביותר מכונה "אֶקצֶנטריוּת"; בעוד שהאקצנטריות של מסלולי כוכבי הלכת נמוכה וזו של האסטרואידים בינונית, האקצנטריות המסלולית של השביטים גדולה מאוד. השביטים מתרחקים מאוד מהשמש אך אחדים מהם גם מתקרבים מאוד לשמש. כאשר השביט מתקרב מאוד לשמש, ואם ניתן לראותו, חזותו נעשית מרשימה ביותר עקב הזנב הארוך והבהיר. אם ההתקרבות לשמש אינה הראשונה עבור שביט מסוים, ייתכן שכמות הגזים שייפלטו ממנו תהיה מועטה והזנב שיתפתח יהיה צנוע.

התפרקותם של השביטים כשהם חולפים קרוב לשמש, והאפשרות שאחדים מהם יחלפו קרוב לכדה"א, מרמזים על שרסיסים הנפלטים משביטים עלולים לפגוע בכדה"א, אף אם גרעין השביט עצמו אינו פוגע בפלנטה שלנו. פגיעות של רסיסים כאלה אינם נדירים ואף לא מסוכנים – חלקיקים שמקורם בשביטים נופלים בקביעות על עולמנו והם נשרפים כרגיל בעת מסעם באטמוספירה.

לעיתים, ייתכן שגרעינו של כוכב שביט נשבר ומתחלק למספר גרעיני משנה. כל גרעין משנה מתנהג כאילו היה שביט עצמאי, ומפתח הילה וזנב בהשפעת הקרינה מהשמש. אירוע ייחודי בו כוכב השביט שומקר-לוי 9 נשבר ליותר מ-20 גרעיני משנה, שאחר כך התנגשו בכוכב הלכת צדק, התרחש בשנת 1994. ההתרחשות משכה את תשומת ליבם של אסטרונומים בכל רחבי תבל וגם את ההתעניינות הציבורית.

עפ"י חישובים, נראה שהשביט החל להקיף את צדק כירח מספר עשרות שנים לפני ההתנגשות, כנראה החל משנת 1920 בערך. מסלול השביט השתנה ברציפות בגלל השפעת כוח הכבידה של צדק ושל הירחים שלו. ב-8 ביולי 1992 חלף השביט בנקודה הקרובה ביותר של מסלולו סביב צדק ונמצא אז רק 1.6 רדיוסי צדק ממרכז כוכב הלכת, כלומר רק כ-40,000 ק"מ מעל פסגות העננים של כוכב הלכת הענקי. בגלל השפעת כוח הכבידה של צדק, החזק יותר בצד השביט שקרוב לצדק מאשר בצד הרחוק ממנו, נשבר גרעין כוכב השביט ליותר מ-20 גרעיני משנה.

האסטרונומים חישבו שבמעבר הבא של שברי השביט ליד צדק יהיה מרחקם קטן מהרדיוס של צדק, לכן חזו שתתרחש התנגשות של גרעיני המשנה עם האטמוספירה של צדק. האסטרונומים העריכו את קוטר הגרעין המקורי כ-4–5 ק"מ, בעוד שקוטר גרעיני המשנה שנוצרו לאחר ההתפרקות עמד על קילומטר-שניים עבור הגדול שבהם ו-350 מטר לקטנים. השביטונים התנגשו בזה אחר זה באטמוספרה של צדק, כאשר ההתנגשויות התרחשו בחלקו של כוכב הלכת שאינו נראה ישירות מכדור הארץ. עקב הסיבוב המהיר של צדק סביב עצמו, פעם בכ-10 שעות, אתרי הפגיעות הגיעו במהרה למצב בו ניתן היה לצפות בהם ממצפים בכדה"א.

התברר כי בכל התנגשות נוצר כדור לוהט ברדיוס 2 עד 4 ק"מ. הטמפרטורה ההתחלתית של כדור האש היתה כ-10,000 מעלות. החימום של החומרים באטמוספירה של צדק, יחד עם החומרים שהגיעו עם גרעיני המשנה, גרמו לתגובות כימיות שיצרו ענני "עשן" באטמוספירה של צדק. התפרקותו של שומקר-לוי עקב כוח הגאות של צדק מלמדת שחוזקו של גרעין השביט הוא נמוך ביותר, קטן אפילו מזה של צמר-גפן. התפרקויות של גרעיני שביטים במהלך התקרבות לגופים גדולים הרבה יותר מהם התרחשו בעבר והותירו רישומן בדמות שרשרות של מכתשים שנמצאו על כדור הארץ, בירח, ועל אחדים מהירחים של כוכבי הלכת.

מטאורים ומטאוריטים

מדי פעם בלילה רואים הצופים ברקיע הבזקי אור קצרים, כמו זיקוקי די-נור. תופעה זו מכונה "מטאור", כיוון שהיוונים בעת העתיקה האמינו שהיא קשורה למטאורולוגיה, כמו ברקים ועננים. רק לפני כמאתיים שנים השתכנעו המדענים שגופים שמקורם בחלל יכולים ליפול על הארץ. המהירות הגדולה של תנועתם באטמוספירה גורמת לחימומם, התכתם תוך התזת טיפות לכל עבר, וליינון האטמוספירה בסביבתם.

האוויר המחומם והמיונן נעשה לוהט ועמודת האוויר החם נראית לשבריר שנייה. זהו הבזק האור הבהיר שמכונה "מטאור" (וראו: "ליל הכוכבים הנופלים", גליליאו 38). פליטת האור מסתיימת עם מעבר המטאור ועם התאיידותו המוחלטת. הפקת החום האדירה נובעת ממהירות הכניסה של המטאור לאטמוספירה: מ-12 ק"מ לשנייה ועד 72 ק"מ לשנייה. הגבול העליון של המהירות נובע מחיבור מהירויות של כדור הארץ במסלולו סביב השמש, כ-30 ק"מ לשנייה, ושל גוף הקשור לשמש בכוח הכבידה הנמצא במסלול אליפטי מאוד, כאשר הנקודה הקרובה לשמש במסלולו קרובה למסלול כדה"א, כ-42 ק"מ לשנייה. מהירות של 72 ק"מ לשנייה תהיה רק אם הגופים נעים זה מול זה; כל הטיה של מישורי התנועה תגרום להקטנת המהירות היחסית. הגבול התחתון למהירות, של 12 ק"מ לשנייה, הוא המהירות של גוף הנופל חופשית אל כדור הארץ, ללא מהירות התחלתית.

הפיזיקה של חדירת מטאור לאטמוספירה מתחילה להתברר בשנים האחרונות. שני תהליכים אחראיים להתפוררותו של מטאור עם כניסתו לאטמוספירה. ראשית חימום הגוף עד ל-4000 מעלות עקב חיכוך, התכתו תוך התזת טיפות חומר מותך, ויינון האוויר בסביבה המיידית של הגוף. החימום נעשה תוך היווצרות "גל הלם", אזור של אוויר דחוס וחם המקדים את המטאור במסלולו. התהליך השני, שזוהה רק בשנים האחרונות על-ידי מדעני אוניברסיטת תל אביב מוריס פודולק ושמואל שיכוורג, כולל התנגשות ישירה בין המטאור לבין מולקולות או אטומים בודדים באטמוספירה הגבוהה, יותר מ-160 ק"מ מעל לקרקע. בתהליך זה ההתנגשות עם חלקיק בודד אינה מחממת את גוף המטאור, אלא גורמת לתלישת חלק מאטומי המטאור. האטומים שנתלשו בצורה זו מתנגשים במולקולות האטמוספירה וגורמים ליינון ולפליטת אור.

הבנת תהליכי החדירה של מטאור לאטמוספירה והכרת הרכב המטאורים חשובות משום הדימיון שבין המטאורים לבין הגופים הגדולים יותר, שעלולים לפגוע בנו ביום מן הימים. בסרטים ("מטאור", "פגיעה קטלנית" [Deep Impact], ו-"ארמגדון") ראינו כבר תסריטי אימה של פגיעת גופי חלל בגדלים שונים בכדור הארץ. בחלק מהסרטים אף הציעו לנו דרכים כיצד למגר את הסכנה: נשגר לעבר הגוף מספר פצצות גרעיניות שיפוצצו אותו לרסיסים, או יבקעו אותו לחלקים ש"בדיוק" יפספסו את כדור הארץ, והכול יהיה בסדר. כפי שניווכח בהמשך, המחקרים מגלים שהמצב שונה.

ארגון ה-Spaceguard

ממשלות העולם החלו בשנים האחרונות להבין שקיימת סכנה לעתיד המין האנושי בגלל האפשרות של התנגשות גופים מהחלל בכדור הארץ. טווח הסכנה הוא מהשמדה כללית של האנושות ומיני חיים רבים הנמצאים כיום על הארץ ועד לגרימת נזק משמעותי, הכולל גם אובדן חיים גדול, במקרה של התנגשות גוף קטן יחסית. הסיכויים והסיכונים, כולל השכיחות של אירועים אלה, מבוססים על עדויות גיאולוגיות, היסטוריות ותצפיתיות, ומובאים בטבלה הבאה (הערכות גסות בלבד; אנרגיית ההתנגשות נתונה ביחידות של "מיליון טון ט.נ.ט.", כאשר האנרגיה שהשתחררה מפצצת הירושימה היתה ביחידות אלה כ-0.01):

טבלה התנגשויות של גופי חלל והשפעתן

קוטר הגוף (ק"מ) זמן בין התנגשויות דומות (שנים) אנרגית ההתנגשות (מגה-טון) תוצאה צפויה
10 100,000,000 100,000,000 השמדה כוללת של החיים על כדור הארץ
1 5,000,000 1,000,000 השמדה של החיים ביבשת שלמה, כנראה סיום התרבות האנושית
0.1 10,000 10,000 השמדת מדינה קטנה או עיר גדולה
0.001 מספר פעמים בשנה 0.1 אין השפעה

חיפוש האסטרואידים מתבסס על השוואה של תמונות אזור שמימי שצולמו בהפרשי זמן של עשרות דקות. בעוד שהכוכבים שומרים על אותו מיקום בתמונות אלה, האסטרואידים מהווים "מטרה נעה". תוכנה מיוחדת מגלה דמות ששינתה מקומה מתמונה אחת לשנייה ומתריעה על האפשרות שזהו אסטרואיד. קצה התנועה המחושב וכיוון התנועה, כפי שנגזרים מזוג התמונות, משמשים לניבוי המיקום בתמונה השלישית של אותו אזור שמימי. אם נמצאת שם דמות שאינה כוכב, סביר שזהו אסטרואיד או שביט.

המדידות מאפשרות חישוב מקורב של מסלול התנועה, שמושווה לנתוני המאגר העולמי של תצפיות באסטרואידים. אם ניתן לזהות את הגוף עם אחד האסטרואידים הידועים, התצפית משמשת לשיפור המסלול הידוע. אחרת, זה גילוי של גוף חדש, שמתוסף למאגר ועבורו, כמו עבור שאר הגופים, מחשבים מה הסיכוי שיפגע יום אחד בכדה"א. כיום רשומות במאגר הנתונים העולמי למעלה מ-18 מיליון תצפיות שונות באסטרואידים. מדובר ביותר מ-215,000 כוכבי לכת קטנים, שמסלוליהם של רק 60,000 מהם ידועים היטב. מבין אלה, למעט יותר מ-10,000 ניתן כיום שם; את השאר מציינים רק במספר. מבין כל אלה, יותר מ-2,000 הם עצמים המתקרבים לארץ ועלולים בעתיד הרחוק אף לסכן אותה, אלא שכיום לא ידוע על גוף המהווה סכנה ברורה.

אחת הסכנות עליה הצביעו לאחרונה, שבאה דווקא מהגופים הקטנים יותר, בולטת בעולם הבלתי יציב של היום כשארצות שונות מתחמשות בנשק גרעיני. בכל שנה מגלים לווייני ההתרעה המוקדמת של ארה"ב כמה עשרות מטאורים גדולים (או אסטרואידים קטנים) שמתפוצצים בגובה רב ומשחררים אנרגיה כמו פצצה גרעינית. למזלה של האנושות, רוב השטח של כדור הארץ אינו מיושב (עיקר השטח הוא אוקיינוסים, הרים, ומדבריות), אך אם היה אירוע כזה מתרחש מעל בירת הודו בעת המתיחות הגבוהה מול פקיסטן, לא ניתן לשער מה היו התוצאות.

כדי לנסות למזער את הנזק הצפוי מפגיעה אפשרית של הגופים הגדולים יותר נוסדו כצעד ראשון מספר ארגונים שתפקידם לגלות את אוכלוסיית הגופים המאיימים. הארגון הבינלאומי Spaceguard מתאם את הפעילות של הארגונים הלאומיים הקיימים במדינות שונות.

מבין כל הארגונים המטפלים בסכנות מהחלל, הפעיל ביותר הוא האמריקאי שהוקם ביוזמת סוכנות החלל של ארה"ב, נאס"א. התקציב שהוענק למחקר זה הוא קטן יחסית, אך הוא מאפשר לחוקרים להשתמש בציוד מיוחד של חיל האוויר האמריקאי. התוכנית LINEAR מפעילה שני טלסקופים אוטומטיים, שמצוידים במצלמות רחבות-שדה, יחד עם תוכנה משוכללת שמחפשת אסטרואידים וקובעת את מיקומם ואת מסלוליהם במערכת השמש.

מיגור הסכנה

הנתונים המפורטים ביותר על אודות אסטרואיד שודרו מן החללית שהקיפה את האסטרואיד "אֶרוֹס" במשך שנה שלמה ואף נחתה על פניו. החללית NEAR, שוגרה ב-17 בפברואר 1996 ולאחר מסע שנמשך כמעט שלוש שנים נכנסה למסלול סביב האסטרואיד ארוס. החללית צילמה את פני האסטרואיד במשך שנה אחת מגבהים שונים. בעזרת מכשירים שונים מופו פני האסטרואיד בדיוק שלא היה כדוגמתו. ב-12 בפברואר 2001 הצליחו מפעילי החללית להנחיתה על פני האסטרואיד, אף שלא יועדה לכך (וראו: רקס גרהם – "קרוב לארוס", גליליאו 45). הנתונים שנאספו במבצע זה הם המפורטים ביותר שקיימים לגבי אסטרואיד כלשהו.

ארוס הוא אחד האסטרואידים המתקרבים לארץ. זהו גוף קטן יחסית הדומה לגליל וממדיו 33 ק"מ אורך ו-13 ק"מ רוחב. ארוס מקיף את השמש במסלול שמתקרב מבחוץ למסלולה של הארץ ונדרשים לו 1.76 שנים להשלמת הקפה אחת. בנקודת המסלול הקיצונית ארוס מרוחק יותר מהשמש מאשר מאדים, אך בגלל ההטיה ההדדית של המסלולים, כ-10 מעלות, אין סכנה שארוס ומאדים יתנגשו בעתיד.

מבין הממצאים שנאספו לגבי ארוס נדגיש כאן שניים: הצפיפות הממוצעת וריפיון פני השטח. לשניהם נודעת השפעה על דרכים אפשריות להתגונן מפני אסטרואיד דומה שעלול לפגוע בנו בעתיד. הצפיפות הממוצעת של ארוס היא 2.7 גרם לסמ"ק. צפיפות ממוצעת זו דומה לזו של סלעים בקליפת כדור הארץ, אך היא שונה מאוד מצפיפות הקרח של שביט, למשל. עוד התברר כי פניו של ארוס מכוסים באבק, שנוטה להצטבר במקומות הנמוכים ביותר של האסטרואיד, כגון במכתשים הרבים שמכסים אותו.

קשה להבין כיצד אירוע שיוצר מכתש כה גדול על גוף קטן יחסית מותיר את הגוף כיחידה אחת, סלע מוצק שלא נשבר לרסיסים. אחד ההסברים הוא שאירוע ריסוק האסטרואיד אמנם התרחש, ויותר מפעם אחת. במילים אחרות, ייתכן שארוס אינו אלא אוסף של שברים היוצרים את הגוף שאנו רואים רק בגלל כוח המשיכה ההדדי של חלקיו.

אם השערות אלו נכונות לגבי חלק נכבד מהאסטרואידים, אזי התוכניות המוצעות של הפצצת אסטרואיד מאיים בנשק גרעיני עלולות לגרום נזק רב בגלל שהפיצוץ עלול לפזר את חלקי האסטרואיד ולהגדיל את אזור הפגיעה בכדור הארץ! למעשה, התוכניות שמציגים כיום הארגונים שעוסקים בהתגוננות מפני אסטרואידים הן משני סוגים: ראשית, הכרת אסטרואיד מסוכן כדי לעמוד על טבעו, אם הוא סדוק ואינו אלא אוסף שברים מקרי, או שהוא גוש סלע מוצק. במקרה הראשון, ואם נשאר מספיק זמן (עשרות שנים) עד למועד הפגיעה החזוי, הדרך היעילה למיגור הסכנה היא כנראה הדיפתו העדינה של הגוף, כך שמסלולו החדש ירחיקו מהארץ. הדיפה מסוג זה ניתן להשיג על-ידי שימוש בכוח הלחץ שבקרינת השמש באמצעות "צביעת" האסטרואיד ושינוי כושר החזרת האור מפניו.

ניתן גם לשנות את מסלול האסטרואיד בעזרת מנוע רקטי. מדובר במנוע שמאיץ אטומים מיוננים בשדה חשמלי למהירויות גבוהות. מנועים יוניים כבר נוסו בהצלחה בחלל, אף שהיו אלה מנועים קטנים המתאימים לחלליות ולא לאסטרואידים. היתרון של המנועים היוניים הוא שהם מקבלים את אנרגיית ההאצה מקרינת השמש תוך שימוש בתאים פוטו-חשמליים ההופכים את הקרינה לאנרגיה חשמלית, ולכן פעולתם יכולה להימשך כל עוד נותר חומר הנעה. החומר המואץ בתוך המנוע יכול להיות מובא מכדור הארץ (כספית, למשל) או יכול להיות מופק על פני האסטרואיד עצמו (למשל, גרגרים זעירים של אבק). בשני המקרים יש להביא את המנוע מהארץ ולהתקינו על פני האסטרואיד, מעשה לא קל אם נשפוט לפי הסרט "ארמגדון".

ישראל נרתמת

סוכנות החלל הישראלית הקימה "מרכז ידע" בנושא גופים מתקרבי ארץ באוניברסיטת תל אביב (ראו גליליאו 56, אפריל 2003, עמ' 16). המרכז משלב מדענים מהחוג לגיאופיזיקה ומדעים פלנטריים (פרופ' פרואלניק המתמחה בשביטים ופרופ' פודולק המתמחה בהתנגשויות אסטרואידים), מהחוג לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה (פרופ' ליבוביץ המתמחה באסטרונומיה תצפיתית, וד"ר ברוש המתמחה בחקר מטאורים ואסטרואידים), ומביה"ס לחינוך (פרופ' מידב המתמחה בהוראת האסטרופיזיקה והסברתה לציבור). למרכז אתר אינטרנט שכתובתו http://spaceguard.tau.ac.il שבו ניתן למצוא הסברים ופירוט הפעילות.

חברי מרכז הידע ותלמידי מחקר שלהם מפעילים את הטלסקופ במצפה הכוכבים ע"ש וייז במצפה רמון לחיפוש גופי NEO.

ניהול המרכז הופקד בידי מחבר מאמר זה ואחד הצעדים הראשונים שננקטו היא הזמנתו של טלסקופ חדש, שייעודו יהיה לחפש אסטרואידים חדשים ולעקוב אחר אלה שהתגלו במקומות אחרים באופן אוטומטי. יתכן שבזמן הקרוב יצטרפו גורמים נוספים בארץ למעקב אחר גופי NEO, כדי ליצור רשת צפופה של חוקרים ישראלים. בנוסף, תתבצע פעולה הסברתית בקרב הקהל הרחב, שמטרתה היא הגברת המודעות לנושא.

–––––––––

1. המכתש קרוי על שם כפר מכסיקני קרוב. זה כנראה רק צירוף מקרים שבשפת המאיה (Maya) פירוש השם הוא "אש המפלצת".

2. המילקֶה (ecliptic) הוא הקו הדימיוני בשמיים שלאורכו מתקדמת (לכאורה) השמש. בניסוח מודרני, המילקה הוא המעגל הגדול שנוצר מחיתוך הכדור של כיפת השמיים עם מישור המסלול של כדור הארץ סביב השמש.

3. כוכב הוא בלטינית aster, והמילה עבור "כוכב קטן" היא Asteroid

ביבליוגרפיה:
כותר: אסונות מהחלל
מחבר: ברוש, נח (ד"ר)
תאריך: מאי 2003 , גליון 57
שם כתב העת: גליליאו : כתב עת למדע ומחשבה
הוצאה לאור: SBC לבית מוטו תקשורת ולאתר IFEEL
הערות לפריט זה: 1. נח ברוש הינו דוקטור לאסטרונומיה, חבר-סגל בחוג לאסטרונומיה ואסטרופיסיקה של אוניברסיטת תל אביב ומנהל את מצפה הכוכבים ע"ש וייז. מחקריו כוללים הן גרמי שמיים במערכת השמש והן גלקסיות ננסיות, מרוחקות כמה עשרות מיליוני שנות-אור מאתנו.
הספרייה הוירטואלית מטח - המרכז לטכנולוגיה חינוכית